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BIOLOGIA II d.í-galiano CATEDRATICO El NACIONAL DE MEDICINA anaya INDICE V TERCERA PARTE: Nivel individual (continuación) Nociones de genética........................................................... Genética mendeliana........................................................... Los cromosomas en la herencia.......................................... Las mutaciones.................................................................... La integración de las funciones en el organismo vegetal. La integración de las funciones en el organismo animal: el movimiento.................................................................. Sj La nutrición en los animales................................................ * Los alimentos......................................................................... 9 El transporte en los animales pluricelulares..........................M 1.a excreción y los tegumentos ... . ..............m La coordinación orgánica .................................................... jpjÉj Las hormonas....................................................................... ÍW CUARTA PARTE: Nivel de Comunidades Los organismos y el ambiente............................................. Ecología de las comunidades.............................................. i QUINTA PARTE: El mundo de los n Los microorganismos................ ........................................... W-, i Los microorganismos y los animales superiores .. SEXTA PARTE: La evolución La evolución............................................................. Genética de poblaciones y evolución..................... •J V “VPi? r' * f \ J / !>•* c ;• > «•f «v*v /* */* V *k '" v Í > , < - { i TERCERA PARTE (Con.muac.dn) NOCIONES DE GENETICA Anteriormente hemos visto que los organismos pluricelulares, igual que las células mismas, se reproducen, es decir, producen otros seres vivientes parecidos a ellos, que se llaman en general los hijos. El hecho que los hijos se parezcan precisamente a los padres y no a otros seres vivos, que el tripanosoma se divida en dos tripanosomas, que el huevo puesto por una mosca de lugar a una mosca y que de las semillas del trigo salgan plantas de trigo, hace suponer que el desarrollo de los organismos, tanto unicelulares como pluricelulares, está programado de tal manera que obedece a unas instrucciones contenidas en el material viviente de los padres y que se transmite a los hijos en forma de mensaje. Hace algunos años no se podía comprender cómo y dónde se cifraba ese mensaje. Hoy se sabe que el organismo sintetiza lo más importantes de sus componentes de acuerdo con las características peculiares de sus ácidos nucleicos, cuyo conjunto forma el mensaje a que estamos haciendo referencia. El mensaje es discontinuo y está formado por unos elementos que denominamos genes. De ahí que se llame el mensaje genético y que se designe con el nombre de Genética la Ciencia que estudia la naturaleza, el funcionamiento y la transmisión de los genes. LA SINTESIS DE PROTEINAS Las proteínas son las sustancias más importantes de la célula, ya que determinan la individualidad de ésta. Una célula es dis tinta de otra, no solamente porque sus proteínas estructurales son diferentes, sino porque, siendo diferentes la naturaleza y la disposición relativa de las proteínas enzimáticas, serán también diferentes los procesos metabólicos, y, en consecuencia, serán también diferentes, en naturaleza, cantidad y localización, los demás componentes celulares no proteicos. Ahora bien, las proteínas difieren unas de otras, en suma, por la distinta ordenación, sucesión o secuencia de los veinte amino ácidos conocidos, a lo largo de las cadenas de polipéptidos que forman cada molécula proteica. Dado que las moléculas de proteína pueden tener un número variable de cadenas polipeptídicas, que cada cadena polipeptí- dica puede tener una longitud variable y que, dentro de ella, la ordenación de los distintos aminoácidos puede ser diferente, nos hallamos ante la posibilidad prácticamente infinita de for mación de moléculas de proteína distintas. Pero también sabemos que las moléculas proteicas y polipep tídicas no están formadas al azar y que, por ejemplo, en el hombre la molécula de insulina está formada por dos cadenas polipeptídicas, de 21 y 30 aminoácidos respectivamente, y que estos aminoácidos están colocados a lo largo de la cadena en un orden idéntico en cada molécula de insulina. Se entiende que, al sintetizarse cada una de las cadenas polipep tídicas de la insulina (como de cualquier otro polipéptido), los aminoácidos se han colorado en su orden correspondiente si- siguiendo ciertas instrucciones, en las que dicha ordenación es taba implícita. Hoy se sabe que estas instrucciones están «cifradas» en el ADN del núcleo y que el contenido del mensaje depende del orden en el que estén colocadas en la'-cadena de ADN las cua tro bases púricas y pirimidínicas, adenina, guanina, citosina y timina. A su vez, la información contenida en el ADN no pasa direc tamente a la proteína, sino al ARN, que, por último, traslada la información a la proteína que se está sintetizando, con lo cual, como hemos visto, la proteína tendrá sus aminoácidos ordenados de una u otra manera según el ADN del núcleo tu viera ordenadas sus bases púricas o pirimidínicas. En el complicado proceso de la síntesis proteica, se pueden considerar, pues, dos procesos distintos, la transcripción y la traducción. Aparte de otros aspectos, la transcripción comprende funda mentalmente la síntesis de unas cadenas de ARN mensajero (ARN-m), que se han formado bajo la influencia del ADN nu clear y cuyas bases púricas y pirimidínicas están ordenadas de acuerdo con la ordenación de las bases propias de dicho ADN. En otras palabras, este ARN-m lleva en su molécula cifrado el mensaje que ha de trasladar a la proteina. Las moléculas de ARN-m son relativamente cortas, y cada una de ellas suele cifrar entre 2 y 10 cadenas de polipéptidos. Traducción. Este es el proceso mediante el cual la sucesión de las bases en el ARN-m determina la sucesión de los aminoácidos en el po- lipéptido. La traducción es un proceso complejo que tiene lugar en los ribosomas y en el cual intervienen unas moléculas acidonuclei- cas intermediarias, las moléculas de ARN-transferente (ARN-t). Son éstas unas cadenas polinucleotídicas cortas, que contie nen de 70 a 80 nucleótidos. Aunque no todas las moléculas de ARN-t son iguales, ni siquiera parecidas, para la mayoría de ellas se admite que tienen una estructura en forma de hoja de trébol, en cuyo punto central radica un conjunto de tres bases, que constituyen el llamado anticodón. Por uno de sus extre mos, cada molécula de ARN-t puede combinarse con un ami noácido determinado. Como se verá a continuación, las mo léculas de ARN-t son las encargadas de recoger a los distintos aminoácidos y transportarlos hacia los ribosomas para inte grarlos allí en la cadena polipeptídica en formación. El mecanismo de la traducción es el siguiente: En primer lugar, la cadena de ARN-m, ya en el citoplasma, se adhiere a un ribo- soma. El ribosoma no queda fijo sobre el ARN-m, sino que se desplaza a lo largo de la hebra de ARN-m (o el ARN-m se des plaza a través del ribosoma). El ribosoma, pues, moviéndose a lo largo del ARN-m va «leyendo» el mensaje desde un extremo al otro de la cadena. A veces, varios ribosomas, sucesivamente, se desplazarán a lo largo de una misma hebra de ARN-m, con lo que el mensaje podrá ser traducido repetidamente. El mensaje contenido en el ARN-m está formado por una suce sión de bases púricas y pirimidínicas en un orden determinado. Sin embargo, para el caso de la traducción, la unidad funcio nal es el triplete o codón, es decir, el conjunto de tres bases sucesivas. Podemos pues, considerar a estos efectos a la mo lécula de ARN-m como una sucesión de tripletes, por ejemplo citosina-adenina-guanina, citosina-uracilo-uracilo, guanina-gua nina-guanina... En el proceso de lectura del mensaje interviene ahora el ARN-t, en cuyas moléculas, como sabemos, existe un anticodón for mado también por tres bases púricas y pirimidínicas. Entre las bases del codón y las del anticodón existe una afinidad bioquí mica por la cual la guanina se combina con la dtoslna y la adenina con el uractlo. De este modo, cada codón tenderá a combinarse con la molécula de ARN-t cuyo anticodón contenga las bases complementarias de las suyas. O dicho de otra ma nera, sobre los distintos codones se combinarán distintas mo léculas de ARN-t, según el anticodón de éstas. Por ejemplo: Sobre el mensaje anteriormente dicho, se combinarán las mo léculas de ARN-t correspondientes a los codones siguientes: Mensaje en el ARN-m.............................. c-a-g c-u-u g-g-g Moléculas de ARN-t .............................. g-u-c g-a-a c-c-c anticodones Pero, como cada molécula de ARN-t lleva consigo un determi nado aminoácido, el resultado de la lectura no será otro que colocar sucesivamente, y uno a continuación de otro, en un or den determinado, una serie de aminoácidos que luego se uni rán entre sí por medio de enlaces peptídicos para formar un polipéptido. La composición de este polipéptido, es decir, el número de ami noácidos, la naturaleza de éstos y el orden en que se dispo nen a lo largo de la cadena peptídica, hace que este polipéptido sea distinto de los demás, que tenga su propia individualidad. Ahora bien, como las proteínas están formadas de polipépti- dos, la naturaleza de éstas depende, en última instancia, del orden que ocupan en la cadena del ADN las cuatro bases púri- cas y pirimidínicas. Esto se puede expresar en otros términos diciendo que la síntesis de las proteínas está dirigida por el ADN y realizada en virtud de las instrucciones cifradas en dicho ADN y transcritas al ARN- mensajero. Como acaba de decirse, de la naturaleza del ADN nuclear de pende estrechamente la naturaleza de todas las proteínas de la célula, incluso de las proteínas enzimáticas, las cuales, como es sabido, son los agentes de todas las reacciones bioquímicas que allí suceden y, en consecuencia, las responsables de todas
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